AT15991U1 - High-temperature component - Google Patents

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AT15991U1
AT15991U1 ATGM107/2017U AT1072017U AT15991U1 AT 15991 U1 AT15991 U1 AT 15991U1 AT 1072017 U AT1072017 U AT 1072017U AT 15991 U1 AT15991 U1 AT 15991U1
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AT
Austria
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temperature component
tungsten
base body
zrn
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ATGM107/2017U
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German (de)
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Mayr-Schmölzer Bernhard
Wesemann Ingmar
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Plansee Se
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturkomponente (1) aus einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung mit einer Beschichtung (2) zur Erhöhung eines Emissionsgrades, wobei die Beschichtung im Wesentlichen besteht aus: Tantalnitrid und / oder Zirconiumnitrid; und Wolfram mit einem Wolfram-Gehalt zwischen 0 bis 98% gew. %.The invention relates to a high-temperature component (1) made of a refractory metal or a refractory metal alloy with a coating (2) for increasing an emissivity, the coating consisting essentially of: tantalum nitride and / or zirconium nitride; and tungsten having a tungsten content between 0 to 98% wt. %.

Description

Beschreibungdescription

HOCHTEMPERATURKOMPONENTE [0001] Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturkomponente aus einem Refraktärmetall mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturkomponente.HIGH TEMPERATURE COMPONENT The invention relates to a high temperature component made of a refractory metal with the features of the preamble of claim 1 and a method for producing a high temperature component.

[0002] In vielen Hochtemperaturanwendungen erfolgt ein Wärmeübergang überwiegend durch Wärmestrahlung. Ein bestimmender Faktor für die bei einer gegebenen Temperatur emittierten Wärmestrahlung ist die Emissivität, beziehungsweise der Emissionsgrad, der am Wärmeübergang beteiligten Oberflächen. Der Emissionsgrad gibt an, wieviel Strahlung ein Körper im Verhältnis zu einem idealen schwarzen Körper abgibt.[0002] In many high-temperature applications, heat transfer takes place predominantly through thermal radiation. A determining factor for the thermal radiation emitted at a given temperature is the emissivity, or the emissivity, of the surfaces involved in the heat transfer. The emissivity indicates how much radiation a body emits in relation to an ideal black body.

[0003] Je höher der Emissionsgrad einer Oberfläche, desto mehr thermische Strahlungsleistung kann ein Körper über diese Oberfläche abgeben.The higher the emissivity of a surface, the more thermal radiation power a body can emit through this surface.

[0004] Analoges gilt für die Absorption thermischer Strahlungsleistung: da Emissions- und Absorptionsvermögen eines Körpers proportional sind, absorbiert ein Körper mit hohem Emissionsgrad auch mehr Strahlungsleistung als ein Körper mit geringem Emissionsgrad.The same applies to the absorption of thermal radiation power: since the emissivity and absorption capacity of a body are proportional, a body with a high emissivity also absorbs more radiation power than a body with a low emissivity.

[0005] Es ist daher das Bestreben bei technischen Oberflächen, über welche ein Wärmeübergang mittels Strahlung stattfinden soll, deren Emissionsgrad möglichst groß zu wählen. Durch einen hohen Emissionsgrad kann die gleiche Strahlungsleistung bei geringerer Bauteiltemperatur abgegeben werden.It is therefore the endeavor to choose the greatest possible degree of emissivity for technical surfaces over which heat transfer by radiation is to take place. With a high emissivity, the same radiation output can be emitted at a lower component temperature.

[0006] Dies wird unmittelbar aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ersichtlich, welches in einer Abwandlung auf Graue Körper die thermisch abgestrahlte Leistung eines Grauen Körpers in Abhängigkeit von seiner Temperatur angibt:This is immediately apparent from the Stefan-Boltzmann law, which, in a modification to gray bodies, indicates the thermally radiated power of a gray body as a function of its temperature:

[0007] P = ε(Τ) σ T4 [0008] mit P der abgestrahlten Leistung, ε(Τ) dem gewichteten gemittelten Emissionsgrad über alle Wellenlängen, σ der Stefan-Boltzmann-Konstante und T der Temperatur in Kelvin.P = ε (Τ) σ T 4 with P the radiated power, ε (Τ) the weighted average emissivity over all wavelengths, σ the Stefan-Boltzmann constant and T the temperature in Kelvin.

[0009] Geringere Bauteiltemperaturen sind generell günstig in Hinblick auf eine Lebensdauer des Bauteils.[0009] Lower component temperatures are generally favorable with regard to the service life of the component.

[0010] Im Stand der Technik gibt es verschiedene Vorschläge zur Erhöhung des Emissionsgrads von Hochtemperaturkomponenten:[0010] There are various proposals in the prior art for increasing the emissivity of high-temperature components:

[0011] In der US2014041589 (A1) ist ein Heizleiter beschrieben, der zumindest teilweise eine poröse Sinterbeschichtung aus Wolfram aufweist. Die Aufbringung der Beschichtung erfolgt über ein Slurry-Verfahren. Die poröse Sinterbeschichtung bewirkt eine Erhöhung des Emissionsgrades gegenüber einer glatten Wolfram-Oberfläche.US2014041589 (A1) describes a heating conductor which at least partially has a porous sintered coating made of tungsten. The coating is applied using a slurry process. The porous sinter coating increases the emissivity compared to a smooth tungsten surface.

[0012] Auch für Hochtemperaturkomponenten in anderen Anwendungen gibt es Beispiele zur Erhöhung des Emissionsgrades:[0012] There are also examples for increasing the emissivity for high-temperature components in other applications:

[0013] Die EP1019948 (A1) beschreibt eine Beschichtung für eine Anode einer Hochdruckentladungslampe aus einem dendritischen Metall oder einer Metallverbindung, wodurch Werte für den Emissionsgrad (ausgedrückt über den Emissionskoeffizienten) von über 0.8 erhalten werden sollen. Als dafür besonders geeignet wird Rhenium genannt, da sich damit eine dendritische Struktur besonders gut erzeugen lässt.EP1019948 (A1) describes a coating for an anode of a high-pressure discharge lamp made of a dendritic metal or a metal compound, whereby values for the emissivity (expressed in terms of the emission coefficient) of over 0.8 are to be obtained. Rhenium is mentioned as particularly suitable for this purpose, since it is particularly suitable for producing a dendritic structure.

[0014] Einen ähnlichen Ansatz verfolgt die EP0791950 (A2), gemäß welcher um eine Spitze einer Hochdruckentladungslampe feinkörniges Wolfram aufgesintert wird.A similar approach is followed by EP0791950 (A2), according to which fine-grained tungsten is sintered around a tip of a high-pressure discharge lamp.

[0015] In der DE1182743 (B) erfolgt eine Erhöhung des Emissionskoeffizienten einer Anode für eine Hochdruckentladungslampe über Kühlriefen und in einer Ausführungsform zusätzlich über aufgesintertes Tantalkarbid.In DE1182743 (B) the emission coefficient of an anode for a high-pressure discharge lamp is increased via cooling fins and, in one embodiment, additionally via sintered tantalum carbide.

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AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian

Patentamt [0016] Die Steigerung des Emissionsgrades gegenüber einer unbeschichteten Anode aus Wolfram erfolgt gemäß diesen Schriften also in erster Linie durch eine Vergrößerung der Oberfläche.Patent Office According to these documents, the increase in emissivity compared to an uncoated tungsten anode is primarily achieved by increasing the surface area.

[0017] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Hochtemperaturkomponente sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved high-temperature component and a method for producing the same.

[0018] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hochtemperaturkomponente mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a high-temperature component with the features of claim 1 or by a method with the features of claim 10. Preferred embodiments are specified in the dependent claims.

[0019] Die im Rahmen dieser Anmeldung betrachteten Anwendungen sind Anwendungen mit Betriebstemperaturen von typischerweise 1000-2500°C oder darüber. Darunter fallen insbesondere Anwendungen in der Lichttechnik (etwa Elektroden in Hochdruckentladungslampen), der Ofentechnik (etwa Heizleiter, Ofeneinbauten, Chargiereinrichtungen, Tiegel), und der Medizintechnik (etwa Röntgendrehanoden).The applications considered in this application are applications with operating temperatures of typically 1000-2500 ° C or above. These include, in particular, applications in lighting technology (such as electrodes in high-pressure discharge lamps), furnace technology (such as heating conductors, furnace internals, charging devices, crucibles), and medical technology (such as x-ray rotary anodes).

[0020] Die beteiligten Komponenten mit hohen Betriebstemperaturen werden im Zusammenhang dieser Anmeldung als Hochtemperaturkomponenten bezeichnet.The components involved with high operating temperatures are referred to in the context of this application as high temperature components.

[0021] Für genannte Hochtemperaturanwendungen werden in der Regel Refraktärmetalle oder Refraktärmetalllegierungen eingesetzt. Unter Refraktärmetallen werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung die Metalle der 4. Gruppe (Titan, Zirconium und Hafnium), der 5. Gruppe (Vanadium, Niob, Tantal) und der 6. Gruppe (Chrom, Molybdän, Wolfram) des Periodensystems sowie Rhenium verstanden. Unter Refraktärmetalllegierungen sind Legierungen mit wenigstens 50 at. % des betreffenden Elements gemeint. Diese Werkstoffe weisen unter anderem eine ausgezeichnete Formbeständigkeit bei hohen Einsatztemperaturen auf.[0021] Refractory metals or refractory metal alloys are generally used for the high-temperature applications mentioned. Refractory metals in connection with the present application include the metals of the 4th group (titanium, zirconium and hafnium), the 5th group (vanadium, niobium, tantalum) and the 6th group (chromium, molybdenum, tungsten) of the periodic table and rhenium Roger that. Refractory metal alloys mean alloys with at least 50 at.% Of the element in question. Among other things, these materials have excellent dimensional stability at high operating temperatures.

[0022] Blanke Metalle haben in der Regel einen sehr geringen Emissionsgrad.Bare metals generally have a very low emissivity.

[0023] So liegt der Emissionsgrad von Wolfram bei Raumtemperatur im Wellenlängenbereich 1700-2500 nm bei etwa 0.2.The emissivity of tungsten at room temperature in the wavelength range 1700-2500 nm is approximately 0.2.

[0024] Eine gattungsgemäße Hochtemperaturkomponente weist eine Beschichtung zu Erhöhung des Emissionsgrades auf. Dabei kann die Beschichtung auf der ganzen Komponente oder nur auf Teilen davon aufgebracht sein. Erfindungsgemäß ist die Beschichtung zur Erhöhung des Emissionsgrades im Wesentlichen aus Zirconiumnitrid und / oder Tantalnitrid sowie Wolfram zu einem Gehalt von 0 bis 98 gew. % gebildet.A generic high-temperature component has a coating to increase the emissivity. The coating can be applied to the entire component or only to parts thereof. According to the invention, the coating for increasing the emissivity is essentially composed of zirconium nitride and / or tantalum nitride and tungsten at a content of 0 to 98% by weight. % educated.

[0025] „Im Wesentlichen“ bedeutet hier, dass die Hauptbestandteile Zirconiumnitrid und / oder Tantalnitrid sowie gegebenenfalls Wolfram sind. Die Schicht kann in geringen Mengen andere Bestandteile sowie übliche Verunreinigungen enthalten. Als Verunreinigungen können beispielsweise Oxide oder Karbide, sowie metallisches Tantal bzw. Zirconium enthalten sein. Der Anteil der Hauptbestandteile Zirconiumnitrid und / oder Tantalnitrid sowie gegebenenfalls Wolfram liegt bei über 98 gew. % .“Essentially” here means that the main constituents are zirconium nitride and / or tantalum nitride and, if appropriate, tungsten. The layer can contain other constituents as well as common impurities in small amounts. For example, oxides or carbides and metallic tantalum or zirconium can be present as impurities. The proportion of the main components zirconium nitride and / or tantalum nitride and optionally tungsten is over 98% by weight. %.

[0026] In der Regel entspricht das Zirconiumnitrid der chemischen Verhältnisformel ZrN und das Tantalnitrid der chemischen Verhältnisformel TaN, es könnten aber auch andere Nitride oder sub- oder überstöchiometrische Verbindungen mit Stickstoff sein. Der Einfachheit halber ist jedoch in der Anmeldung jeweils von ZrN bzw. TaN die Rede.In general, the zirconium nitride corresponds to the chemical ratio formula ZrN and the tantalum nitride to the chemical ratio formula TaN, but it could also be other nitrides or sub- or superstoichiometric compounds with nitrogen. For the sake of simplicity, however, ZrN and TaN are mentioned in the registration.

[0027] Die Beschichtung kann entweder ausschließlich (ausgenommen ggfs, die oben angeführten Bestandteile sowie Verunreinigungen) aus ZrN und / oder TaN gebildet sein. Alternativ kann die Schicht bis 98 gew. % Wolfram enthalten.The coating can either be formed exclusively (except where applicable, the above-mentioned components and impurities) from ZrN and / or TaN. Alternatively, the layer can be up to 98 wt. % Tungsten included.

[0028] Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Beschichtung als PVD-Schicht (von engl, physical vapour deposition für physikalische Dampfabscheidung) ausgebildet.[0028] According to a first embodiment, the coating is designed as a PVD layer (from physical vapor deposition for physical vapor deposition).

[0029] In diesem Fall wird die Beschichtung über ein geeignetes Sputter-Target in einem physikalischen Dampfabscheide-Verfahren auf dem Substrat (einer Oberfläche der Hochtemperaturkomponente) erzeugt. Eine PVD-Schicht ist in der Regel glatt und dicht, weist also keine Poren auf. Zur Vergrößerung der Oberfläche kann das Substrat vor der Beschichtung durch ein me2/19In this case, the coating is produced on a suitable sputter target in a physical vapor deposition process on the substrate (a surface of the high-temperature component). A PVD layer is usually smooth and dense, so it has no pores. To enlarge the surface, the substrate can be coated with a me2 / 19

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Patentamt chanisches, chemisches oder thermisches Verfahren strukturiert werden.Patent office mechanical, chemical or thermal process can be structured.

[0030] Alternativ ist die Beschichtung als Sinter-Schicht ausgebildet. Unter Sinter-Schicht wird eine Schicht verstanden, die durch ein pulvermetallurgisches Beschichtungsverfahren erhalten wird. Als Beispiel für ein pulvermetallurgisches Beschichtungsverfahren sei eine SlurryBeschichtung genannt. Nach dem eigentlichen Auftrag des Beschichtungsstoffs in Form von Partikeln wird der Schichtauftrag durch Sintern konsolidiert. Eine Sinter-Schicht ist in der Regel porös und weist eine raue Oberfläche auf.Alternatively, the coating is designed as a sintered layer. Sintered layer is understood to mean a layer which is obtained by a powder metallurgical coating process. A slurry coating may be mentioned as an example of a powder metallurgical coating process. After the actual application of the coating material in the form of particles, the layer application is consolidated by sintering. A sintered layer is usually porous and has a rough surface.

[0031] Bevorzugt ist die Beschichtung als Kompositschicht aus fein verteilten Zirconiumnitridund / oder Tantalnitrid-Partikeln und Wolfram-Partikeln ausgebildet. Unter Kompositschicht wird eine Schicht verstanden, die aus einer Mischung aufgebaut ist, und in welcher die Grundbestandteile in ihren ursprünglichen Festkörpereigenschaften vorliegen. Dieses Merkmal ist insbesondere dann realisierbar, wenn die Beschichtung als Sinter-Schicht ausgebildet ist.[0031] The coating is preferably designed as a composite layer of finely divided zirconium nitride and / or tantalum nitride particles and tungsten particles. Composite layer is understood to mean a layer which is composed of a mixture and in which the basic constituents are present in their original solid properties. This feature can be realized in particular if the coating is designed as a sintered layer.

[0032] PVD- und Sinter-Schichten lassen sich wegen der sehr unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten einfach unterscheiden.[0032] PVD and sintered layers can be easily distinguished because of the very different surface properties.

[0033] Auf Grund der Herstellung weist eine Sinter-Schicht bevorzugt eine Stärke zwischen 2 pm und 300 pm, weiter bevorzugt zwischen 3 pm und 100 pm, besonders bevorzugt zwischen 5 pm und 50 pm auf.Because of the production, a sintered layer preferably has a thickness between 2 pm and 300 pm, more preferably between 3 pm and 100 pm, particularly preferably between 5 pm and 50 pm.

[0034] Im Falle von PVD-Schichten kann die Stärke auch deutlich darunter liegen. Typische Stärken von PVD-Schichten liegen zwischen 10nm und 4 pm.In the case of PVD layers, the thickness can also be significantly lower. Typical thicknesses of PVD layers are between 10nm and 4pm.

[0035] Die Dicke der Beschichtung ist nicht entscheidend für die Funktion.[0035] The thickness of the coating is not critical for the function.

[0036] Bevorzugt ist die Beschichtung deckseitig auf der Hochtemperaturkomponente ausgebildet. Das bedeutet, dass die Beschichtung die äußerste Lage an der Oberfläche der Hochtemperaturkomponente bildet. In einem Einsatz der Hochtemperaturkomponente ist diese Lage dazu vorgesehen, an einem Wärmeübergang mittels Strahlung teilzunehmen.The coating is preferably formed on the top side of the high-temperature component. This means that the coating forms the outermost layer on the surface of the high-temperature component. When the high-temperature component is used, this layer is intended to participate in heat transfer by means of radiation.

[0037] Darunterliegend können weitere Schichten vorhanden sein.[0037] Additional layers may be present underneath.

[0038] Besonders bevorzugt ist die Beschichtung aus ZrN und Wolfram mit einem Gehalt von ZrN in Gewichtsprozent zwischen 2 gew. % und 75 gew. % ZrN, bevorzugt zwischen 3 gew. % und 60 gew. % ZrN, besonders bevorzugt zwischen 5 gew. % und 45 gew. % ZrN gebildet.The coating of ZrN and tungsten with a content of ZrN in weight percent between 2 wt. Is particularly preferred. % and 75 wt. % ZrN, preferably between 3 wt. % and 60 wt. % ZrN, particularly preferably between 5 wt. % and 45 wt. % ZrN formed.

[0039] In Versuchen der Anmelderin hat sich gezeigt, dass eine Beschichtung aus einer Mischung von ZrN und Wolfram besonders günstige Werte für den Emissionsgrad aufweist. Überraschend hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung aus einer Mischung von ZrN und Wolfram einen höheren Emissionskoeffizienten als den von reinem ZrN und den von reinem Wolfram aufweist.Tests by the applicant have shown that a coating made from a mixture of ZrN and tungsten has particularly favorable values for the emissivity. It has surprisingly been found that a coating made from a mixture of ZrN and tungsten has a higher emission coefficient than that of pure ZrN and that of pure tungsten.

[0040] Das Maximum für den Emissionsgrad wurde bei rund 36 gew. % ZrN erzielt.The maximum for the emissivity was around 36 wt. % ZrN achieved.

[0041] Hier konnte ein Emissionskoeffizient ε von rund 0.8 bei Raumtemperatur erreicht werden. Der Emissionskoeffizient ε von reinem ZrN liegt bei etwa 0.5, der Emissionskoeffizient von blankem Wolfram bei etwa 0.2. Es konnte daher keineswegs erwartet werden, dass der Emissionskoeffizient einer Mischung von ZrN und Wolfram einen höheren Wert aufweist als die Reinformen der Spezies.Here, an emission coefficient ε of around 0.8 could be achieved at room temperature. The emission coefficient ε of pure ZrN is about 0.5, the emission coefficient of bare tungsten is about 0.2. It was therefore by no means to be expected that the emission coefficient of a mixture of ZrN and tungsten would have a higher value than the pure forms of the species.

[0042] Darüber hinaus erlaubt dies eine besonders wirtschaftliche Darstellung der Beschichtung, da an dem den Emissionsgrad fördernden Stoff - hier ZrN - gespart werden kann.[0042] In addition, this allows a particularly economical representation of the coating, since savings can be made in the substance promoting the emissivity - here ZrN.

[0043] Außerdem bewirkt das Vorhandensein von Wolfram in der Beschichtung eine gute Kompatibilität zu dem Refraktärmetall, welches das Substrat für die Beschichtung bildet.In addition, the presence of tungsten in the coating causes good compatibility with the refractory metal, which forms the substrate for the coating.

[0044] ZrN ist zudem wesentlich billiger als TaN. Deshalb stellt die Beschichtung auf Basis ZrN eine besonders wirtschaftliche Variante dar.ZrN is also much cheaper than TaN. That is why the ZrN-based coating is a particularly economical variant.

[0045] Eine den Emissionsgrad erhöhende Schicht auf Basis von Nitriden ist für Anwendungen besonders günstig, bei denen eine Getter-Wirkung für Sauerstoff gewünscht ist. Von der An3/19A layer which increases the emissivity and is based on nitrides is particularly advantageous for applications in which a getter effect for oxygen is desired. From the An3 / 19

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Patentamt melderin wurde beobachtet, dass die Nitride bei hohen Temperaturen Sauerstoff aufnehmen. Damit kann die Hochtemperaturkomponente vor Oxidation geschützt werden.It has been observed that the nitrides absorb oxygen at high temperatures. The high-temperature component can thus be protected against oxidation.

[0046] Bevorzugt ist die Beschichtung porös ausgebildet. Mit porös ist hier gemeint, dass die Beschichtung einen beträchtlichen Porenanteil von beispielsweise über 5% aufweist. Durch die im Volumen der Beschichtung vorliegenden Poren ist auch die Oberfläche der Beschichtung gegenüber der rein geometrischen Oberfläche vergrößert, wodurch der Emissionsgrad weiter erhöht wird. Dieses Merkmal ist insbesondere für Sinter-Schichten zutreffend.[0046] The coating is preferably porous. By porous it is meant here that the coating has a considerable proportion of pores, for example over 5%. The pores present in the volume of the coating also increase the surface of the coating compared to the purely geometric surface, as a result of which the emissivity is further increased. This characteristic is particularly true for sintered layers.

[0047] In einer Variante ist die Oberfläche der Hochtemperaturkomponente unterhalb der Beschichtung strukturiert, sodass die Oberfläche der Beschichtung gegenüber der rein geometrischen Oberfläche vergrößert ist. Dadurch wird der Emissionsgrad weiter erhöht. Hier ist also die Beschichtung selbst nicht notwendigerweise porös. Die Erhöhung der Oberfläche ergibt sich durch die Strukturierung des Substrats (der Hochtemperaturkomponente). Dies ist insbesondere dann relevant, wenn die Beschichtung als PVD-Schicht ausgebildet ist.In one variant, the surface of the high-temperature component is structured below the coating, so that the surface of the coating is enlarged compared to the purely geometric surface. This further increases the emissivity. So here the coating itself is not necessarily porous. The increase in the surface area results from the structuring of the substrate (the high-temperature component). This is particularly relevant if the coating is designed as a PVD layer.

[0048] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hochtemperaturkomponente als Elektrode einer Hochdruckentladungslampe ausgebildet ist. Die Anwendung der Beschichtung auf eine Elektrode, insbesondere die Anode einer Hochdruckentladungslampe, ist besonders vorteilhaft. Durch die Beschichtung zu Erhöhung eines Emissionsgrades auf einer Elektrode, insbesondere der Anode, kann diese eine höhere thermische Strahlungsleistung abgeben, wodurch sich die Lebensdauer erhöht. In anderen Worten kann die solcherart ausgebildete Elektrode im Betrieb mehr Wärme abgeben, was zu einer verringerten Bauteiltemperatur führt.It is preferably provided that the high-temperature component is designed as an electrode of a high-pressure discharge lamp. The application of the coating to an electrode, in particular the anode of a high-pressure discharge lamp, is particularly advantageous. The coating to increase an emissivity on an electrode, in particular the anode, can emit a higher thermal radiation power, which increases the service life. In other words, the electrode formed in this way can emit more heat during operation, which leads to a reduced component temperature.

[0049] Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Hochtemperaturkomponente als Heizleiter ausgebildet. Im Rahmen dieser Anmeldung sind mit Heizleitern metallische Widerstandsheizer gemeint, wie sie in Wärmebehandlungsanlagen Anwendung finden. Heizleiter können aus Blech, Stabmaterial, verdrilltem Draht, gebündeltem Draht oder aus Drahtgeflecht gebildet sein. Bei flächigen Heizleitern, also Heizleitern, deren Grundform einem Blech entstammt, kann es gewünscht sein, die Beschichtung lediglich auf jener Seite des Heizleiters vorzusehen, die im Betrieb des Heizleiters einem Inneren eines Ofens zugewandt ist.According to one embodiment, the high temperature component is designed as a heat conductor. In the context of this application, heating conductors are metallic resistance heaters such as are used in heat treatment systems. Heating conductors can be formed from sheet metal, rod material, twisted wire, bundled wire or from wire mesh. In the case of flat heating conductors, that is to say heating conductors whose basic shape comes from a sheet metal, it may be desirable to provide the coating only on that side of the heating conductor which faces an interior of a furnace during operation of the heating conductor.

[0050] Die Beschichtung bewirkt in der Anwendung auf einem Heizleiter, dass dieser eine vorgegebene Heizleistung bei geringerer Temperatur erbringen kann. Eine niedrigere Betriebstemperatur des Heizleiters ist günstig, da beispielsweise dadurch ein Kriechen verringert werden kann. Besonders interessant ist die Beschichtung zu Erhöhung des Emissionsgrades auf Heizleitern, die in Beschichtungsanlagen, insbesondere MOCVD-Anlagen (von engl, metalorganic Chemical vapour deposition) eingesetzt werden. Hier kann eine zu hohe Temperatur des Heizleiters zu einem Abdampfen des Grundwerkstoffs des Heizleiters (etwa Wolfram) und in Folge zu einer Kontamination des zu beschichtenden Substrats führen. Mit einem größeren Emissionsgrad kann der Heizleiter bei gleicher Heizleistung bei geringerer Temperatur betrieben werden, wodurch das Risiko einer Kontamination des zu beschichtenden Substrats verringert wird. Insbesondere kommt hier zugute, dass der Dampfdruck von ZrN und TaN vergleichbar mit dem von Wolfram ist. Das heißt, eine Beschichtung auf Basis von ZrN bzw. TaN erlaubt einen Betrieb des so ausgerüsteten Heizleiters bei geringerer Temperatur, ohne dass der Effekt der verringerten Temperatur des Heizleiters durch einen höheren Dampfdruck der Beschichtung kompensiert würde. Insgesamt verlängert eine niedrigere Betriebstemperatur die Lebensdauer einer Hochtemperaturkomponente.When applied to a heating conductor, the coating causes the heating conductor to provide a predetermined heating output at a lower temperature. A lower operating temperature of the heating conductor is favorable because, for example, creep can thereby be reduced. The coating for increasing the emissivity on heating conductors, which are used in coating systems, in particular MOCVD systems (from metalorganic chemical vapor deposition), is particularly interesting. Too high a temperature of the heating conductor can lead to evaporation of the base material of the heating conductor (for example tungsten) and consequently to contamination of the substrate to be coated. With a higher emissivity, the heating conductor can be operated at the same heating output at a lower temperature, which reduces the risk of contamination of the substrate to be coated. A particular benefit here is that the vapor pressure of ZrN and TaN is comparable to that of tungsten. This means that a coating based on ZrN or TaN allows the heating conductor equipped in this way to be operated at a lower temperature without the effect of the reduced temperature of the heating conductor being compensated for by a higher vapor pressure of the coating. Overall, a lower operating temperature extends the life of a high temperature component.

[0051] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Hochtemperaturkomponente als Tiegel ausgebildet. Tiegel aus Refraktärmetall werden beispielsweise zur Erschmelzung von Aluminiumoxid bei der Herstellung von Saphir-Einkristallen verwendet. Dazu werden die Tiegel in einem Hochtemperaturofen platziert und dort von Heizleitern über Strahlungswärme erwärmt. Der Wärmeübergang findet hauptsächlich über die Mantelflächen des Tiegels statt, welche die Strahlungswärme absorbieren und an das zu erschmelzende Gut weitergeben. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung koppelt ein größerer Anteil der von Heizleitern abgegebenen Wärme in den Tiegel ein.According to a further exemplary embodiment, the high-temperature component is designed as a crucible. Crucibles made of refractory metal are used, for example, to melt aluminum oxide in the manufacture of sapphire single crystals. For this, the crucibles are placed in a high-temperature furnace and heated there by heat conductors using radiant heat. The heat transfer mainly takes place via the jacket surfaces of the crucible, which absorb the radiant heat and pass it on to the material to be melted. The coating according to the invention couples a larger proportion of the heat given off by heating conductors into the crucible.

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Patentamt [0052] Bevorzugt besteht die Hochtemperaturkomponente zu wenigstens 98 gew.% aus Wolfram. Wolfram hat sich für die relevanten Hochtemperaturkomponenten als besonders geeignet erwiesen.Patent Office [0052] The high-temperature component preferably consists of at least 98% by weight tungsten. Tungsten has proven to be particularly suitable for the relevant high-temperature components.

[0053] Schutz wird auch begehrt für ein Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturkomponente. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturkomponente die Schritte:Protection is also sought after for a method of manufacturing a high temperature component. According to the invention, the method for producing a high-temperature component comprises the steps:

[0054] - Bereitstellen eines Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente, [0055] i) [0056] - Vergrößern einer Oberfläche des Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente, [0057] - Beschichten des Grundkörpers mit ZrN und / oder TaN sowie gegebenenfalls Wolfram über physikalische Gasphasenabscheidung [0058] oder [0059] ii) [0060] - Beschichten des Grundkörpers mit Zr-haltigem und / oder Ta-haltigem Pulver sowie gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren, [0061] - Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoffhaltigen Atmosphäre [0062] oder [0063] iii) [0064] - Beschichten des Grundkörpers mit ZrN und / oder TaN sowie gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren, [0065] - Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoffhaltigen und / oder Argon-haltigen Atmosphäre.- Provision of a base body of the high-temperature component, [0055] i) [0056] - Enlargement of a surface of the base body of the high-temperature component, [0057] - Coating of the base body with ZrN and / or TaN and optionally tungsten via physical vapor deposition [0058] or Ii) [0060] coating the base body with powder containing Zr and / or Ta and optionally tungsten using a powder metallurgy process, [0061] heat treatment of the coated base body in a nitrogen-containing atmosphere [0062] or [0063] iii) coating the base body with ZrN and / or TaN and optionally tungsten by means of a powder metallurgy process, heat treatment of the coated base body in a nitrogen-containing and / or argon-containing atmosphere.

[0066] Als Grundkörper wird die Hochtemperaturkomponente oder das Halbzeug, aus dem die Komponente hergestellt wird, vor Beschichtung verstanden.The base body is understood to be the high-temperature component or the semifinished product from which the component is produced before coating.

[0067] Es werden also drei verschiedene Verfahrensvarianten vorgeschlagen.[0067] Three different process variants are therefore proposed.

[0068] Gemäß der Verfahrensvariante i) wird eine Oberfläche des Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente zunächst so vorbehandelt, dass die Oberfläche gegenüber der geometrischen Oberfläche vergrößert wird. Dieses „Aufrauen“ kann beispielsweise durch eine SlurryBeschichtung erfolgen.According to process variant i), a surface of the base body of the high-temperature component is first pretreated in such a way that the surface is enlarged compared to the geometric surface. This “roughening” can be done, for example, with a slurry coating.

[0069] Bei einem Slurry-Verfahren werden pulverförmige Bestandteile in einer Flüssigkeit aufgeschlämmt. Mit der erhaltenen Suspension, die in der Regel auch Binder enthält, können Komponenten (hier der Grundkörper einer Hochtemperaturkomponente) durch Tauchen, Sprühen oder Pinseln oder Ähnlichem beschichtet werden. Nach einer Trocknung wird die Beschichtung in der Regel gesintert. Die so gebildete Beschichtung ist in der Regel porös und rau. Sie bildet eine günstige Unterlage für eine darauffolgende Beschichtung mit Wolfram und ZrN und / oder TaN über physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Die Slurry-Beschichtung kann beispielsweise auf Wolfram-Pulver basieren.In a slurry process, powdery constituents are slurried in a liquid. The suspension obtained, which generally also contains binders, can be used to coat components (here the base body of a high-temperature component) by dipping, spraying or brushing or the like. After drying, the coating is usually sintered. The coating formed in this way is usually porous and rough. It forms a favorable base for a subsequent coating with tungsten and ZrN and / or TaN via physical vapor deposition (PVD). The slurry coating can be based, for example, on tungsten powder.

[0070] Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche durch ein mechanisches, chemisches oder thermisches Verfahren strukturiert werden. Als Beispiel für ein mechanisches Verfahren sei ein Strahlen, etwa Sandstrahlen genannt. Ein Beispiel für ein chemisches Verfahren stellt das Ätzen oder Beizen dar. Als Beispiel für ein thermisches Verfahren sei ein LaserStrukturieren erwähnt.Alternatively or additionally, the surface can be structured by a mechanical, chemical or thermal method. Blasting, such as sandblasting, may be mentioned as an example of a mechanical method. An example of a chemical process is etching or pickling. Laser structuring may be mentioned as an example of a thermal process.

[0071] Danach wird ZrN und / oder TaN sowie gegebenenfalls Wolfram auf den in seiner Oberfläche vergrößerten Grundkörper abgeschieden. Als Quelle für die Beschichtung kann ein Sputter-Target mit entsprechender Zusammensetzung verwendet werden. Durch geeignete WahlThereafter, ZrN and / or TaN and optionally tungsten are deposited on the base body, which has an enlarged surface. A sputtering target with the appropriate composition can be used as the source for the coating. By suitable choice

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Patentamt der Target-Zusammensetzung kann die bevorzugte Schichtzusammensetzung eingestellt werden. Bei Beschichtungen mit ZrN ist eine Zusammensetzung der PVD-Beschichtung von ZrN und Wolfram mit zwischen 2 gew. % und 75 gew. % ZrN, bevorzugt zwischen 3 gew. % und 60 gew. % ZrN, besonders bevorzugt zwischen 5 gew. % und 45 gew. % ZrN besonders vorteilhaft.Patent office of the target composition, the preferred layer composition can be set. For coatings with ZrN, a composition of the PVD coating of ZrN and tungsten with between 2 wt. % and 75 wt. % ZrN, preferably between 3 wt. % and 60 wt. % ZrN, particularly preferably between 5 wt. % and 45 wt. % ZrN particularly advantageous.

[0072] Für TaN bewirkt eine Mischung mit Wolfram eine Verringerung des Emissionsgrades gegenüber reinem TaN, während für ZrN der Emissionsgrad von Mischungen mit Wolfram überraschend über dem der jeweiligen reinen Spezies liegt.For TaN, a mixture with tungsten brings about a reduction in the emissivity compared to pure TaN, while for ZrN the emissivity of mixtures with tungsten is surprisingly higher than that of the respective pure species.

[0073] Die Vergrößerung der Oberfläche bewirkt eine zusätzliche Erhöhung des Emissionsgrades über den vom Beschichtungsstoff herrührenden Beitrag hinaus.The enlargement of the surface causes an additional increase in the emissivity beyond the contribution from the coating material.

[0074] Diese Verfahrensvariante (PVD-Route) kann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise eine Rekristallisation des Grundmaterials vermieden werden soll, um bestimmte mechanische Eigenschaften zu erhalten. Darüber hinaus kann durch diese Verfahrensvariante auch der Verzug von Bauteilen mit engen Bauteiltoleranzen vermieden werden. Die PVD-Beschichtung erfolgt nämlich bei moderaten Temperaturen und erfordert keinen Wärmebehandlungsschritt der Beschichtung.This process variant (PVD route) can be advantageous if, for example, recrystallization of the base material is to be avoided in order to obtain certain mechanical properties. In addition, this process variant can also prevent warpage of components with narrow component tolerances. The PVD coating takes place at moderate temperatures and does not require any heat treatment step of the coating.

[0075] Gemäß der Verfahrensvariante ii) wird der Grundkörper zunächst mit Zr-haltigem und / oder Ta-haltigem Pulver und gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren beschichtet und anschließend einer Wärmebehandlung in einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre unterzogen.According to process variant ii), the base body is first coated with Zr-containing and / or Ta-containing powder and optionally tungsten using a powder-metallurgical process and then subjected to a heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere.

[0076] Das pulvermetallurgische Verfahren kann ein Slurry-Verfahren sein. Zr-haltig bzw. Tahaltig bedeutet hier, dass das Pulver des pulvermetallurgischen Verfahrens Zirconium bzw. Tantal enthält. Es kann beispielsweise metallisches Zirconium bzw. metallisches Tantal sein. Insbesondere für Zirconium hat sich aber auch eine Darreichungsform als Hydrid bewährt. Günstig sind Mischungen der Zr-haltigen bzw. Ta-haltigen Pulver mit Wolfram. Insbesondere gilt das für Zirconium.The powder metallurgical process can be a slurry process. Containing Zr or Tahal here means that the powder of the powder metallurgical process contains zirconium or tantalum. It can be, for example, metallic zirconium or metallic tantalum. For zirconium in particular, a dosage form has also proven itself as a hydride. Mixtures of the Zr-containing or Ta-containing powder with tungsten are favorable. This applies in particular to zirconium.

[0077] Bevorzugt wird die pulvermetallurgisch aufgetragene Schicht gesintert oder vorgesintert.[0077] The layer applied by powder metallurgy is preferably sintered or presintered.

[0078] Man erhält also zunächst eine Schicht, die Zirconium bzw. Tantal elementar oder in einer Verbindung enthält. Im darauffolgenden Wärmebehandlungsschritt des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre wird die Zr-haltige bzw. Ta-haltige Spezies zu dem jeweiligen Nitrid umgewandelt. Die Einstellung der Nitride zur Erhöhung des Emissionsgrades erfolgt gemäß dieser Verfahrensvariante also in situ.A layer is thus first obtained which contains zirconium or tantalum in elementary or in a compound. In the subsequent heat treatment step of the coated base body in a nitrogen-containing atmosphere, the Zr-containing or Ta-containing species is converted to the respective nitride. According to this process variant, the nitrides are adjusted in situ to increase the emissivity.

[0079] Die Stickstoff-haltige Atmosphäre kann ein Gasgemisch mit Stickstoff (N2) sein. Auch Ammoniak (NH3) ist als Stickstoff-Quelle geeignet.The nitrogen-containing atmosphere can be a gas mixture with nitrogen (N 2 ). Ammonia (NH 3 ) is also suitable as a nitrogen source.

[0080] Durch Einstellen des Verhältnisses von Zr-haltigem bzw. Ta-haltigem Pulver zu Wolfram kann die gewünschte Schicht-Zusammensetzung eingestellt werden. Wie bereits ausgeführt, ist eine Zusammensetzung von ZrN und Wolfram mit zwischen 2 gew. % und 75 gew. % ZrN, bevorzugt zwischen 3 gew. % und 60 gew. % ZrN, weiter bevorzugt zwischen 5 gew. % und 45 gew. % ZrN besonders interessant.The desired layer composition can be set by adjusting the ratio of Zr-containing or Ta-containing powder to tungsten. As already stated, a composition of ZrN and tungsten with between 2 wt. % and 75 wt. % ZrN, preferably between 3 wt. % and 60 wt. % ZrN, more preferably between 5 wt. % and 45 wt. % ZrN particularly interesting.

[0081] Diese Verfahrensvariante kann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise Anlagen für eine nitrierende Wärmebehandlung ohnehin verfügbar sind.This process variant can be advantageous if, for example, systems for nitriding heat treatment are available anyway.

[0082] Diese Variante kann auf Grund einer Verfügbarkeit von Anlagen und vor allem auf Grund der Verfügbarkeit von Zr- und Ta-haltigen Pulvern einen kostentechnischen Vorteil gegenüber den Verfahrensvarianten i) oder iii) bieten. Zum anderen ermöglicht dieses Verfahren auch Bereiche mit einer Nitrid haltigen Schicht zu versehen, die durch ein klassisches PVDVerfahren nicht zu beschichten sind (Abschattungseffekte bei der PVD-Beschichtung).Because of the availability of plants and above all because of the availability of Zr- and Ta-containing powders, this variant can offer a cost-technical advantage over process variants i) or iii). On the other hand, this process also enables areas to be provided with a nitride-containing layer that cannot be coated using a conventional PVD process (shadowing effects during PVD coating).

[0083] Gemäß der Verfahrensvariante iii) erfolgt die Beschichtung des Grundkörpers mit ZrN und / oder TaN und gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren und eine darauffolgende Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoff-haltigenAccording to process variant iii), the base body is coated with ZrN and / or TaN and optionally tungsten by means of a powder metallurgy process and a subsequent heat treatment of the coated base body in a nitrogen-containing one

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Patentamt und / oder Argonhaltigen Atmosphäre. Das pulvermetallurgische Verfahren kann wieder ein Slurry-Verfahren sein.Patent office and / or argon atmosphere. The powder metallurgical process can again be a slurry process.

[0084] Die Beschichtung kann entweder mit ZrN oder TaN alleine, Mischungen davon oder mit Mischungen von ZrN und / oder TaN und Wolfram erfolgen.The coating can be carried out either with ZrN or TaN alone, mixtures thereof or with mixtures of ZrN and / or TaN and tungsten.

[0085] Als besonders interessant haben sich Mischungen von ZrN und Wolfram erwiesen, insbesondere Mischung von ZrN und Wolfram mit zwischen 2 gew. % und 75 gew. % ZrN, bevorzugt zwischen 3 gew. % und 60 gew. % ZrN, besonders bevorzugt zwischen 5 gew. % und 45 gew. % ZrN.Mixtures of ZrN and tungsten have proven to be particularly interesting, in particular a mixture of ZrN and tungsten with between 2 wt. % and 75 wt. % ZrN, preferably between 3 wt. % and 60 wt. % ZrN, particularly preferably between 5 wt. % and 45 wt. % ZrN.

[0086] In dieser Verfahrensvariante werden also die jeweiligen Nitride direkt in dem pulvermetallurgischen Beschichtungsschritt eingebaut. Die Wärmebehandlung dient hier vorwiegend der mechanischen Konsolidierung der Schicht. Die Atmosphäre muss daher nicht zwingend nitrierend sein.In this process variant, the respective nitrides are thus incorporated directly in the powder metallurgical coating step. The heat treatment primarily serves to mechanically consolidate the layer. The atmosphere therefore does not necessarily have to be nitriding.

[0087] Die Wärmebehandlung in einer Stickstoff- oder Argon-haltigen Atmosphäre erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen über 1400°C. Die Stickstoff- oder Argon-haltige Atmosphäre kann etwa ein Gasgemisch mit Stickstoff (N2) sein.The heat treatment in a nitrogen or argon-containing atmosphere is preferably carried out at temperatures above 1400 ° C. The nitrogen or argon-containing atmosphere can be a gas mixture with nitrogen (N 2 ).

[0088] Diese Verfahrensvariante ist auf Grund der einfachen Herstellung vorteilhaft. Je nach Verfügbarkeit von Anlagen und Rohstoffen kann diese Variante kostengünstiger als die zuvor vorgestellten Verfahrensvarianten sein. Darüber hinaus kann durch diese Variante der Aufbau der Schicht gesteuert werden. Die Nitride werden direkt verarbeitet und können so gradiert oder gleichmäßig über die gesamte Schichtdicke verteilt werden.This process variant is advantageous because of the simple production. Depending on the availability of plants and raw materials, this variant can be less expensive than the previously presented process variants. In addition, the structure of the layer can be controlled by this variant. The nitrides are processed directly and can be graded or evenly distributed over the entire layer thickness.

[0089] Einzelne Verfahrensvarianten seien in nachfolgenden Herstellungsbeispielen näher erläutert.Individual process variants are explained in more detail in the following production examples.

HERSTELLUNGSBEISPIEL I:PRODUCTION EXAMPLE I:

[0090] Zur Herstellung einer verbesserten Hochtemperaturkomponente wurden WolframProben mit Slurries verschiedener Pulvermischungen beschichtet.To produce an improved high-temperature component, tungsten samples were coated with slurries of different powder mixtures.

[0091] Dazu wurden zunächst in einen Binder von 2.8 gew. % Ethylcellullose in Ethanol Wolfram- bzw. ZrN- bzw. TaN-Pulver zu einem Gesamt-Feststoffgehalt von 55 ± 2 gew. % eingewogen. Das Einrühren erfolgte mit einem Netzsch Multimaster bei 1500 U/min für 15 Minuten. Danach wurde für 1,5 Minuten in einem Bandelin HD 2200 Ultraschall-Homogenisator dispergiert.For this purpose, were first in a binder of 2.8 wt. % Ethyl cellulose in ethanol tungsten or ZrN or TaN powder to a total solids content of 55 ± 2 wt. % weighed in. Stirring was carried out with a Netzsch Multimaster at 1500 rpm for 15 minutes. The mixture was then dispersed in a Bandelin HD 2200 ultrasound homogenizer for 1.5 minutes.

[0092] Folgende Schicht-Zusammensetzungen wurden untersucht:The following layer compositions were examined:

[0093] 100 gew. % TaN [0094] 80 gew. % TaN, Rest Wolfram [0095] 66 gew. % TaN, Rest Wolfram [0096] 50 gew. % TaN, Rest Wolfram [0097] 33 gew. % TaN, Rest Wolfram [0098] 100 gew. % Wolfram [0099] 6 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00100] 9 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00101] 13 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00102] 23 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00103] 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00104] 50 gew. % ZrN, Rest Wolfram100 wt. % TaN 80 wt. % TaN, balance tungsten 66 wt. % TaN, balance tungsten 50 wt. % TaN, balance tungsten 33 wt. % TaN, balance tungsten 100 wt. % Tungsten 6 wt. % ZrN, remainder tungsten [00100] 9 wt. % ZrN, balance tungsten 13 wt. % ZrN, remainder tungsten 23 wt. % ZrN, balance tungsten 36 wt. % ZrN, remainder tungsten 50 wt. % ZrN, remainder tungsten

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Patentamt [00105] 76 gew. % ZrN, Rest Wolfram [00106] 100 gew. % ZrN [00107] Die hier angeführten Gewichtsprozente beziehen sich auf die Einwaage der Festbestandteile ZrN, TaN bzw. Wolfram.Patent Office [00105] 76 wt. % ZrN, remainder tungsten 100 wt. % ZrN The weight percentages given here relate to the weight of the solid components ZrN, TaN or tungsten.

[00108] Die Einwaage von 36 gew.% ZrN entspricht einem Molverhältnis von etwa 1:1 bezogen auf Zirconium und Wolfram.The weight of 36 wt.% ZrN corresponds to a molar ratio of about 1: 1 based on zirconium and tungsten.

[00109] Eine anschließende Sprühbeschichtung erfolgte manuell mit ca. 20 cm Abstand auf Wolfram-Plättchen zu einer Ziel-Schichtmasse von 15 mg/cm2. Die Trocknung erfolgte bei Raumluft.A subsequent spray coating was carried out manually with a distance of approximately 20 cm on tungsten platelets to a target layer mass of 15 mg / cm 2. Drying was carried out with room air.

[00110] Die angetrocknete Schicht wurde anschließend einer Wärmebehandlung (Glühung) unterzogen. In dieser Wärmebehandlung wird zunächst die Organik (Binder) entfernt und dann die Schicht konsolidiert bzw. gesintert.The dried layer was then subjected to a heat treatment (annealing). In this heat treatment, the organic matter (binder) is first removed and then the layer is consolidated or sintered.

[00111] Die Wärmebehandlung erfolgte jeweils bei 1900°C für eine Stunde. Zum Studium des Einflusses der Sinter-Atmosphären wurden diese variiert: es wurde unter Argon (Ar), Stickstoff (N2) und Hochvakuum gesintert.The heat treatment was carried out at 1900 ° C for one hour. To study the influence of the sintering atmospheres, these were varied: it was sintered under argon (Ar), nitrogen (N 2 ) and high vacuum.

[00112] Die Messung des Emissionsgrades der Schichten erfolgte mit einem Solar 410 Reflectometer der Fa. Surface Optics Corporation bei Raumtemperatur. Die erfindungsgemäßen Schichten wurden dabei einer unbeschichteten Wolfram-Oberfläche sowie aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen zur Erhöhung des Emissionsgrads gegenübergestellt.The emissivity of the layers was measured using a Solar 410 reflectometer from Surface Optics Corporation at room temperature. The layers according to the invention were compared with an uncoated tungsten surface and with coatings known from the prior art to increase the emissivity.

[00113] Es wurden mehrere Wellenlängen-Bereiche untersucht. Zum Vergleich der Emissionsgrade wurden die Ergebnisse der Messungen im Bereich zwischen 1700-2500 nm herangezogen, da dieser Bereich zur Beurteilung der thermischen Abstrahlung eines Körpers besonders relevant ist.[00113] Several wavelength ranges were examined. The results of the measurements in the range between 1700-2500 nm were used to compare the emissivities, since this range is particularly relevant for assessing the thermal radiation of a body.

[00114] Eine Auswahl von Ergebnissen ist in Tabelle 1 zusammengefasst:[00114] A selection of results is summarized in Table 1:

Probe sample Emissionsgrad ε Emissivity ε Bemerkung comment 1 1 Wolfram (blank) Tungsten (blank) 0,21 0.21 Stand der Technik State of the art 2 2 Wolfram- porös Tungsten porous 0,34 0.34 Stand der Technik State of the art 3 3 TaN (100 gew.%) TaN (100% by weight) 0,90 0.90 erfindungsgemäß (Ausführungsbeispiel) inventively (Embodiment) 4 4 Wolfram + 36 gew. % ZrN Tungsten + 36 wt. % ZrN 0,78 0.78 erfindungsgemäß (Ausführungsbeispiel) inventively (Embodiment)

Tabelle 1: Vergleich des Emissionsgrads für verschiedene Beschichtungen [00115] Eine unbeschichtete blanke Wolfram-Oberfläche, Probe Nr. 1, zeigte im untersuchten Wellenlängenbereich zwischen 1700-2500 nm einen gemittelten Emissionsgrad von 0,21.Table 1: Comparison of the emissivity for different coatings. An uncoated bare tungsten surface, sample No. 1, showed an average emissivity of 0.21 in the examined wavelength range between 1700-2500 nm.

[00116] Eine durch einen 100%igen Wolfram-Slurry erhaltene poröse Wolfram-Beschichtung (Probe Nr. 2) wies einen Emissionsgrad von 0,34 auf.A porous tungsten coating (sample no. 2) obtained by a 100% tungsten slurry had an emissivity of 0.34.

[00117] Bei der Probe Nr. 3, TaN (100 gew.%), wurde ein Emissionsgrad von 0,90 gemessen. In diesem Fall bestand die Beschichtung rein aus TaN, d.h. ohne Zugabe von Wolfram. Bei der Herstellung dieser Probe wurde TaN über ein Slurry-Verfahren aufgebracht und anschließend einer Wärmebehandlung bei 1900°C für 1h unter N2 unterzogen.In sample No. 3, TaN (100 wt.%), An emissivity of 0.90 was measured. In this case the coating consisted entirely of TaN, ie without the addition of tungsten. In the preparation of this sample, TaN was applied using a slurry process and then subjected to a heat treatment at 1900 ° C. for 1 hour under N 2 .

[00118] Probe Nr. 4 wies eine Beschichtung aus 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram auf. Das Pulvergemisch aus ZrN und W wurde über Slurry-Verfahren auf die Probe aufgebracht und bei 1900°C für 1h unter N2 versintert. Der Emissionsgrad wurde mit 0,78 bestimmt.Sample No. 4 had a coating of 36 wt. % ZrN, rest of tungsten. The powder mixture of ZrN and W was applied to the sample using the slurry method and sintered at 1900 ° C. for 1 h under N 2 . The emissivity was determined to be 0.78.

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HERSTELLUNGSBEISPIEL II:PREPARATION EXAMPLE II:

[00119] Eine alternative Darstellung der Beschichtung zur Erhöhung eines Emissionsgrades besteht in der Herstellung einer Sinter-Schicht mit Zr bzw. Ta und anschließender Nitrierung. In dem Herstellungsbeispiel wurde eine Ta-Slurry-Schicht aufgebracht und diese anschließend in einer NH3-Atmosphäre nitriert. Durch die Nitrierungsbehandlung wird zumindest ein Teil des Tantals in ein Tantalnitrid umgewandelt. An so hergestellten Proben wurde eine Erhöhung des Emissionsgrads gegenüber einer porösen Ta-Schicht festgestellt.An alternative representation of the coating to increase an emissivity is the production of a sintered layer with Zr or Ta and subsequent nitriding. In the production example, a Ta slurry layer was applied and this was then nitrided in an NH 3 atmosphere. The nitriding treatment converts at least part of the tantalum into a tantalum nitride. An increase in emissivity compared to a porous Ta layer was found on samples produced in this way.

[00120] Analog kann eine ZrN-Schicht durch eine Nitrierbehandlung einer zuvor aufgebrachten W-Zr-Beschichtung realisiert werden.Analogously, a ZrN layer can be realized by a nitriding treatment of a previously applied W-Zr coating.

HERSTELLUNGSBEISPIEL III:PRODUCTION EXAMPLE III:

[00121] Eine weitere Variante zur Darstellung der Beschichtung zur Erhöhung eines Emissionsgrades besteht in der Aufbringung der Beschichtung aus ZrN und / oder TaN durch PVD. In dem Herstellungsbeispiel wurde das Substrat zunächst mit einer herkömmlichen Slurryschicht zur Erhöhung der Oberfläche versehen. Darauf wurde in diesem Beispiel reines TaN über PVD abgeschieden. Mit dieser Beschichtung aus 100 gew.% TaN konnte ein Emissionskoeffizient ε von 0.9 bei Raumtemperatur erreicht werden.Another variant for displaying the coating to increase an emissivity is the application of the coating of ZrN and / or TaN by PVD. In the production example, the substrate was first provided with a conventional slurry layer to increase the surface. Pure TaN was deposited on this in this example via PVD. With this coating of 100% by weight TaN, an emission coefficient ε of 0.9 could be achieved at room temperature.

[00122] Die Erfindung wird im Folgenden durch Figuren näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen:[00122] The invention is explained in more detail below by figures. It shows:

[00123] Fig. 1a-1c [00124] Fig. 2a-2c [00125] Fig. 3a-3b [00126] Fig. 4 [00127] Fig. 5 [00128] Fig. 6 [00129] Fig. 7 [00130] Fig. 8a-c rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von TaN-beschichteten Oberflächen nach verschiedenen Glüh-Behandlungen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram beschichteten Oberflächen nach verschiedenen Glüh-Behandlungen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Bruchflächen ein Diagramm des Emissionsgrades Epsilon (ε) für verschiedene Beschichtungen schematisch eine Hochdruckentladungslampe als Ausführungsbeispiel einer Hochtemperaturkomponente einen Heizleiter als Ausführungsbeispiel einer Hochtemperaturkomponente einen Tiegel als Ausführungsbeispiel einer Hochtemperaturkomponente schematisch den Ablauf von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 1a-1c [00124] Fig. 2a-2c [00125] Fig. 3a-3b [00126] Fig. 4 [00127] Fig. 5 [00128] Fig. 6 [00129] Fig. 7 [00130 ] Fig. 8a-c scanning electron micrographs of TaN-coated surfaces after various annealing treatments scanning electron micrographs of 36 wt. % ZrN, rest of tungsten-coated surfaces after various annealing treatments, scanning electron micrographs of fracture surfaces, a diagram of the emissivity epsilon (ε) for various coatings, schematically a high-pressure discharge lamp as an embodiment of a high-temperature component, a heating conductor as an embodiment of a high-temperature component, a crucible as an embodiment of a high-temperature component, schematically the process of Embodiments of the method according to the invention.

[00131] Figur 1a zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer TaN-beschichteten Oberfläche, die bei 1900°C für eine Stunde unter Stickstoff-Atmosphäre geglüht wurde. Die Beschichtung wurde durch eine Slurry-Beschichtung mit TaN-Pulver realisiert.Figure 1a shows a scanning electron micrograph of a TaN-coated surface, which was annealed at 1900 ° C for one hour under a nitrogen atmosphere. The coating was realized by a slurry coating with TaN powder.

[00132] Die Betrachtungsrichtung ist normal zu beschichteten Oberfläche.[00132] The viewing direction is normal to the coated surface.

[00133] Im Gegensatz zu Glühungen unter Argon (Figur 1b) und Hochvakuum (Figur 1c) blieb die Schicht in Stickstoff-Atmosphäre stabil und zeigte keine Einformung und Glättung.In contrast to annealing under argon (Figure 1b) and high vacuum (Figure 1c), the layer remained stable in a nitrogen atmosphere and showed no deformation and smoothing.

[00134] Unter Argon und insbesondere unter Hochvakuum wurde eine Einformung und Glättung durch Oxidation und Versinterung beobachtet.A shaping and smoothing by oxidation and sintering was observed under argon and in particular under high vacuum.

[00135] Für einen hohen Emissionsgrad wird eine poröse Oberflächenbeschaffenheit wie der TaN-Oberfläche in Figur 1 a angestrebt.For a high emissivity, a porous surface texture such as the TaN surface in FIG. 1a is sought.

[00136] Die Bestimmung des Emissionsgrades ε an der TaN-Schicht nach den verschiedenen Glüh-Behandlungen ergab insbesondere für die Vakuum-Glühung eine starke Abnahme desThe determination of the emissivity ε on the TaN layer after the various annealing treatments resulted in a strong decrease in, in particular for vacuum annealing

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Emissionsgrades auf 0,77 gegenüber 0,90 der unter Stickstoff geglühten Probe.Emissivity to 0.77 compared to 0.90 of the sample annealed under nitrogen.

[00137] Figuren 2a bis 2c zeigen analog zu Figuren 1a bis 1c rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von beschichteten Oberflächen mit 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram, nach unterschiedlichen Glüh-Behandlungen.Figures 2a to 2c show analogous to Figures 1a to 1c scanning electron microscope images of coated surfaces with 36 wt. % ZrN, rest of tungsten, after different annealing treatments.

[00138] Die Beschichtung wurde durch eine Slurry-Beschichtung mit ZrN-Pulver und WolframPulver realisiert.[00138] The coating was implemented by a slurry coating with ZrN powder and tungsten powder.

[00139] Die Probe in Figur 2a wurde unter N2 geglüht, die Probe von Figur 2b unter Ar, die Probe von Figur 2c unter Hochvakuum.The sample in Figure 2a was annealed under N2, the sample of Figure 2b under Ar, the sample of Figure 2c under high vacuum.

[00140] Die 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram-Proben zeigten nach einer Glühung unter Hochvakuum eine deutliche Einformung und Oxidation. Für einen hohen Emissionsgrad wird eine poröse Oberflächenbeschaffenheit wie in Figur 2a angestrebt.The 36 wt. % ZrN, remainder of tungsten samples showed significant indentation and oxidation after annealing under high vacuum. For a high emissivity, a porous surface finish as in FIG. 2a is sought.

[00141] Figur 3a zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Bruchfläche normal zur Oberfläche einer Probe mit einer Beschichtung aus mit 36 gew. % ZrN, Rest Wolfram. Die Beschichtung wurde durch eine Slurry-Beschichtung mit ZrN-Pulver und Wolfram-Pulver realisiert.Figure 3a shows a scanning electron micrograph of a fracture surface normal to the surface of a sample with a coating of 36 wt. % ZrN, remainder tungsten. The coating was realized by a slurry coating with ZrN powder and tungsten powder.

[00142] Im unteren Teil des Bildes erkennt man das Substrat aus Wolfram-Blechmaterial. Darüber ist die Beschichtung 2 zu Erhöhung eines Emissionsgrades zu erkennen. Gut zu erkennen ist die Porosität der Beschichtung 2. Die Porosität trägt weiter zu einer Erhöhung des Emissionsgrades bei.In the lower part of the picture you can see the substrate made of tungsten sheet material. The coating 2 can be seen above this to increase an emissivity. The porosity of the coating 2 is clearly visible. The porosity further contributes to an increase in the emissivity.

[00143] Figur 3b zeigt einen Ausschnitt einer Bruchfläche der gleichen Probe bei höherer Vergrößerung. Darin zu erkennen sind die Wolfram-Partikel („W“) in einer Matrix aus ZrN. Es handelt sich also um eine Kompositschicht aus Zirconiumnitrid-Partikeln und Wolfram-Partikeln.Figure 3b shows a section of a fracture surface of the same sample at a higher magnification. This shows the tungsten particles (“W”) in a matrix made of ZrN. So it is a composite layer of zirconium nitride particles and tungsten particles.

[00144] Der Volumenanteil (gemessen über quantitative Gefügeanalyse) der besonders vorteilhaften Variante beträgt ca. 80% ZrN und 20% W.The proportion by volume (measured by quantitative structural analysis) of the particularly advantageous variant is approximately 80% ZrN and 20% W.

[00145] Figur 4 zeigt ein Diagramm des Emissionsgrades Epsilon (ε) für verschiedene Beschichtungen 2 auf Basis ZrN mit variierenden Gehalten an ZrN.Figure 4 shows a diagram of the emissivity epsilon (ε) for different coatings 2 based on ZrN with varying contents of ZrN.

[00146] Auf der horizontalen Achse (Abszisse) ist der Gehalt von ZrN in gew.%, auf der vertikalen Achse (Ordinate) der resultierende Emissionsgrad Epsilon (ε) aufgetragen. Die Punkte im Diagramm bezeichnen die jeweiligen Messwerte. Der Messwert für 0% ZrN entspricht dem Emissionsgrad einer blanken Wolfram-Oberfläche (ε = 0,21), der Messwert für 100% ZrN entspricht dem Emissionsgrad einer reinen ZrN-Beschichtung ohne Wolfram (ε = 0,50). Strichliert ist eine schematische Trendlinie eingezeichnet.The ZrN content in% by weight is plotted on the horizontal axis (abscissa), and the resulting emissivity epsilon (ε) is plotted on the vertical axis (ordinate). The points in the diagram indicate the respective measured values. The measured value for 0% ZrN corresponds to the emissivity of a bare tungsten surface (ε = 0.21), the measured value for 100% ZrN corresponds to the emissivity of a pure ZrN coating without tungsten (ε = 0.50). A schematic trend line is drawn with dashed lines.

[00147] Man erkennt, dass die Emissionsgrade einer Beschichtung aus einer Mischung von ZrN und Wolfram nicht wie erwartet entlang einer Geraden zwischen den Werten für reines Wolfram und reines ZrN verlaufen, wie durch die punktierte Linie „sth“ angedeutet. Vielmehr zeigt eine Beschichtung aus einer Mischung von ZrN und Wolfram einen Maximalwert im Bereich von rund 36 gew.% ZrN. Dabei ist der Emissionsgrad bezüglich noch geringerer Gehalte von ZrN wenig sensitiv, d.h. auch bei Gehalten bis etwa 5 gew.% ZrN konnten immer noch attraktiv hohe Werte für den Emissionsgrad erhalten werden. Bei Gehalten über 40 gew.% ZrN hingegen fällt der Emissionsgrad stark ab. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist eine Zusammensetzung von ZrN und Wolfram mit zwischen 2 gew. % und 75 gew. % ZrN, bevorzugt zwischen 3 gew. % und 60 gew. % ZrN, weiter bevorzugt zwischen 5 gew. % und 45 gew. % ZrN besonders interessant.It can be seen that the emissivities of a coating made of a mixture of ZrN and tungsten do not run as expected along a straight line between the values for pure tungsten and pure ZrN, as indicated by the dotted line “s th ”. Rather, a coating made from a mixture of ZrN and tungsten shows a maximum value in the range of around 36% by weight ZrN. The emissivity is not very sensitive to even lower levels of ZrN, ie even at levels up to about 5% by weight ZrN, attractive high values for the emissivity could still be obtained. At levels above 40% by weight ZrN, however, the emissivity drops sharply. As can be seen from the diagram, a composition of ZrN and tungsten with between 2 wt. % and 75 wt. % ZrN, preferably between 3 wt. % and 60 wt. % ZrN, more preferably between 5 wt. % and 45 wt. % ZrN particularly interesting.

[00148] Figur 5 zeigt schematisch eine Hochdruckentladungslampe 5. Zwischen den Elektroden - einer Kathode 4 und einer Anode 3 - bildet sich im Betrieb ein Entladungsbogen. Die Anode 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hochtemperaturkomponente 1 und ist mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 2 zur Erhöhung eines Emissionsgrades versehen.Figure 5 shows schematically a high-pressure discharge lamp 5. Between the electrodes - a cathode 4 and an anode 3 - a discharge arc is formed during operation. In the present exemplary embodiment, the anode 3 is the high-temperature component 1 and is provided with a coating 2 according to the invention to increase an emissivity.

[00149] Durch die Beschichtung 2 kann die Anode 3 eine höhere thermische Strahlungsleistung abgeben, wodurch sich die Lebensdauer erhöht.Due to the coating 2, the anode 3 can emit a higher thermal radiation power, which increases the service life.

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AT15 991 U1 2018-10-15 österreichisches patentamt [00150] Ebenfalls kann die Kathode 4 oder sowohl die Anode 3 als auch die Kathode 4 mit der Beschichtung 2 versehen sein.AT15 991 U1 2018-10-15 Austrian Patent Office [00150] The cathode 4 or both the anode 3 and the cathode 4 can also be provided with the coating 2.

[00151] Hier exemplarisch an einer Hochdruckentladungslampe 5 gezeigt, kann die Beschichtung 2 zur Erhöhung eines Emissionsgrades auch für andere Lampentypen eingesetzt werden.Shown here by way of example on a high-pressure discharge lamp 5, the coating 2 can also be used for other lamp types to increase an emissivity.

[00152] Figur 6 zeigt einen Heizleiter 6 aus einem Refraktärmetall in einer beispielhaften Anordnung als Bodenheizer eines Hochtemperaturofens. Der Heizleiter 7 wird durch direkten Stromdurchgang beheizt und erwärmt das Innere des Hochtemperaturofens durch Abgabe von Strahlungswärme.Figure 6 shows a heat conductor 6 made of a refractory metal in an exemplary arrangement as a floor heater of a high-temperature furnace. The heating conductor 7 is heated by direct current passage and heats the interior of the high-temperature furnace by emitting radiant heat.

[00153] Der Heizleiter 6 bildet im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hochtemperaturkomponente 1 und ist mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 2 zur Erhöhung eines Emissionsgrades versehen. Die Beschichtung 2 bewirkt in der Anwendung auf einem Heizleiter 6, dass dieser eine vorgegebene Heizleistung bei geringerer Temperatur erbringen kann. Dies verringert ein Kriechen des Heizleiters 6 und verlängert die Lebensdauer.In the present exemplary embodiment, the heating conductor 6 forms the high-temperature component 1 and is provided with a coating 2 according to the invention to increase an emissivity. When used on a heating conductor 6, the coating 2 has the effect that it can produce a predetermined heating output at a lower temperature. This reduces creeping of the heating conductor 6 and extends the service life.

[00154] Figur 7 zeigt schematisch einen Tiegel 7 aus Refraktärmetall. Tiegel aus Refraktärmetall werden beispielsweise zur Erschmelzung von Aluminiumoxid bei der Herstellung von Saphir-Einkristallen verwendet. Dazu werden die Tiegel in einem Hochtemperaturofen platziert und dort von Heizleitern über Strahlungswärme erwärmt. Der Wärmeübergang findet hauptsächlich über die Mantelfläche des Tiegels statt, welche die Strahlungswärme absorbieren und an das zu erschmelzende Gut weitergeben. Der Tiegel 7 bildet im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hochtemperaturkomponente 1 und ist mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 2 zur Erhöhung eines Emissionsgrades versehen.Figure 7 shows schematically a crucible 7 made of refractory metal. Crucibles made of refractory metal are used, for example, to melt aluminum oxide in the manufacture of sapphire single crystals. For this, the crucibles are placed in a high-temperature furnace and heated there by heat conductors using radiant heat. The heat transfer takes place mainly via the surface of the crucible, which absorbs the radiant heat and passes it on to the material to be melted. The crucible 7 forms the high-temperature component 1 in the present exemplary embodiment and is provided with a coating 2 according to the invention to increase an emissivity.

[00155] Die Beschichtung 2 in der Anwendung auf einen Tiegel 7 bewirkt, dass ein größerer Anteil der von Heizleitern abgegebenen Wärme in den Tiegel 7 einkoppelt. Der Tiegel 7 reagiert dadurch rascher auf einen Wärmeeintrag von Heizleitern.The coating 2 in use on a crucible 7 causes a larger proportion of the heat given off by heating conductors to be coupled into the crucible 7. The crucible 7 thus reacts more quickly to heat input from heating conductors.

[00156] Die Anwendung der Beschichtung 2 ist keineswegs auf die hier gezeigten Beispiele beschränkt. Die Beschichtung 2 ist generell für Hochtemperaturkomponenten vorteilhaft, an welchen ein Wärmeübergang mittels Strahlung stattfinden soll.The application of the coating 2 is in no way limited to the examples shown here. The coating 2 is generally advantageous for high-temperature components at which heat transfer is to take place by means of radiation.

[00157] Figuren 8a-c zeigen schematisch den Ablauf von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figures 8a-c schematically show the sequence of exemplary embodiments of the method according to the invention.

[00158] Figur 8a zeigt den Ablauf der Verfahrensvariante i).Figure 8a shows the sequence of process variant i).

[00159] Auf der linken Bildhälfte ist der Grundkörper der Hochtemperaturkomponente 1 gezeigt, dessen Oberfläche durch eine Behandlung vergrößert wurde. Die Maßnahme der Oberflächenvergrößerung dient zur Erhöhung des Emissionsgrades.On the left half of the picture, the base body of the high-temperature component 1 is shown, the surface of which has been enlarged by a treatment. The measure of increasing the surface area serves to increase the emissivity.

[00160] Gemäß dem oberen Bild wurde die Oberfläche durch Aufträgen einer Slurry-Schicht vergrößert. In dem Beispiel erfolgte der Auftrag der Slurry-Schicht mit Wolfram-Pulver („W“). Anstelle eines Wolfram-Slurries können auch andere zum Substrat kompatible SlurryZusammensetzungen verwendet werden. Nach der Slurry-Beschichtung wird der Pulverauftrag gesintert, was nicht eigens dargestellt ist.According to the above picture, the surface was enlarged by applying a slurry layer. In the example, the slurry layer was applied with tungsten powder ("W"). Instead of a tungsten slurry, other slurry compositions compatible with the substrate can also be used. After the slurry coating, the powder application is sintered, which is not specifically shown.

[00161] Gemäß dem unteren Bild erfolgte die Vergrößerung der Oberfläche durch eine mechanische, chemische oder thermische Strukturierung.According to the image below, the surface was enlarged by mechanical, chemical or thermal structuring.

[00162] In beiden Fällen des Ausführungsbeispiels ist das Substrat, also der Grundkörper der Hochtemperaturkomponente 1, aus Wolfram.In both cases of the embodiment, the substrate, that is, the base body of the high-temperature component 1, is made of tungsten.

[00163] Der Grundkörper der Hochtemperaturkomponente 1 wird darauf mit Wolfram und ZrN und / oder TaN über physikalische Gasphasenabscheidung beschichtet. Der Sputter-Prozess ist in der Bildmitte über ein Sputter-Target 8 schematisch angedeutet. Das Target 8 kann entweder aus den Komponenten der Schicht bestehen, oder alternativ kann das Nitrid auch während des Prozesses gebildet werden.The main body of the high-temperature component 1 is then coated with tungsten and ZrN and / or TaN via physical vapor deposition. The sputtering process is indicated schematically in the center of the image via a sputtering target 8. The target 8 can either consist of the components of the layer, or alternatively the nitride can also be formed during the process.

[00164] Das Ergebnis, die Hochtemperaturkomponente 1 mit einer Beschichtung 2 zur Erhö11 /19The result, the high-temperature component 1 with a coating 2 to increase 11/19

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Patentamt hung des Emissionsgrades, ist in der rechten Bildhälfte dargestellt. Die Zusammensetzung der PVD-Schicht kann über die Wahl der Sputter-Target-Zusammensetzung bestimmt werden. Die PVD-Schicht ist in der Regel nur etliche nm oder wenige pm stark.Patent office hung emissivity, is shown in the right half of the picture. The composition of the PVD layer can be determined by the choice of the sputter-target composition. The PVD layer is usually only a few nm or a few pm thick.

[00165] Figur 8b zeigt den Ablauf der Verfahrensvariante ii).Figure 8b shows the sequence of process variant ii).

[00166] In der linken Bildhälfte ist dargestellt, dass der Grundkörper der Hochtemperaturkomponente 1 über ein pulvermetallurgisches Verfahren eine Beschichtung mit einem Zr-haltigem und / oder Ta-haltigem Pulver und gegebenenfalls Wolfram erhält. Ein Beispiel für ein pulvermetallurgisches Verfahren zur Beschichtung ist ein Slurry-Verfahren.In the left half of the figure it is shown that the base body of the high-temperature component 1 receives a coating with a Zr-containing and / or Ta-containing powder and optionally tungsten via a powder metallurgical process. An example of a powder metallurgical process for coating is a slurry process.

[00167] Im mittleren Bild ist die nachfolgende Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente 1 in einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre dargestellt. Der Buchstabe „N“ in der angedeuteten Wärmebehandlungseinrichtung 9 symbolisiert die Stickstoffhaltige Atmosphäre. Durch die Wärmebehandlung werden Zirconium bzw. Tantal in die entsprechenden Nitride umgewandelt und die Beschichtung konsolidiert.In the middle picture, the subsequent heat treatment of the coated base body of the high-temperature component 1 is shown in a nitrogen-containing atmosphere. The letter "N" in the indicated heat treatment device 9 symbolizes the nitrogen-containing atmosphere. The heat treatment converts zirconium or tantalum into the corresponding nitrides and consolidates the coating.

[00168] Man erhält, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt, eine Hochtemperaturkomponente 1 mit der Beschichtung 2 zur Erhöhung des Emissionsgrades.As shown in the right half of the figure, a high-temperature component 1 with the coating 2 is obtained to increase the emissivity.

[00169] Figur 8c zeigt den Ablauf der Verfahrensvariante iii).Figure 8c shows the sequence of process variant iii).

[00170] Links dargestellt ist der Grundkörper der Hochtemperaturkomponente 1 mit einer über ein pulvermetallurgisches Verfahren aufgebrachten Schicht mit ZrN und / oder TaN und gegebenenfalls Wolfram.Shown on the left is the base body of the high-temperature component 1 with a layer applied by means of a powder metallurgy process with ZrN and / or TaN and optionally tungsten.

[00171] Im mittleren Bild ist die nachfolgende Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente 1 in einer Stickstoff-haltigen und / oder Argon-haltigen Atmosphäre dargestellt. Der Buchstabe „N“ in der angedeuteten Wärmebehandlungseinrichtung 9 symbolisiert die Stickstoffhaltige Atmosphäre, „Ar“ die Argon-haltige Atmosphäre. Durch die Wärmebehandlung wird die Beschichtung konsolidiert.In the middle picture, the subsequent heat treatment of the coated base body of the high-temperature component 1 is shown in an atmosphere containing nitrogen and / or argon. The letter "N" in the indicated heat treatment device 9 symbolizes the nitrogen-containing atmosphere, "Ar" the argon-containing atmosphere. The coating is consolidated by the heat treatment.

[00172] Man erhält, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt, eine Hochtemperaturkomponente 1 mit der Beschichtung 2 zur Erhöhung des Emissionsgrades.As shown in the right half of the figure, a high-temperature component 1 with the coating 2 is obtained to increase the emissivity.

LISTE DER VERWENDETEN BEZUGSZEICHEN:LIST OF REFERENCE NUMBERS USED:

HochtemperaturkomponenteHigh-temperature component

Beschichtung zur Erhöhung eines EmissionsgradesCoating to increase emissivity

Anodeanode

Kathodecathode

HochdruckentladungslampeHigh pressure discharge lamp

Heizleiterheating conductor

Tiegelcrucible

Sputter-TargetSputtering target

WärmebehandlungseinrichtungHeat treatment facility

12/1912/19

AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian

PatentamtPatent Office

Claims (19)

AnsprücheExpectations 1. Hochtemperaturkomponente (1) aus einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung mit einer Beschichtung (2) zur Erhöhung eines Emissionsgrades, wobei die Beschichtung im Wesentlichen besteht aus: Tantalnitrid und / oder Zirconiumnitrid; und Wolfram mit einem Wolfram-Gehalt zwischen 0 bis 98% gew. %.1. High-temperature component (1) made of a refractory metal or a refractory metal alloy with a coating (2) to increase an emissivity, the coating essentially consisting of: tantalum nitride and / or zirconium nitride; and tungsten with a tungsten content between 0 to 98% by weight. %. 2. Hochtemperaturkomponente (1) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (2) als PVDSchicht ausgebildet ist.2. High-temperature component (1) according to claim 1, wherein the coating (2) is designed as a PVD layer. 3. Hochtemperaturkomponente (1) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (2) als SinterSchicht ausgebildet ist.3. High-temperature component (1) according to claim 1, wherein the coating (2) is designed as a sintered layer. 4. Hochtemperaturkomponente (1) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Beschichtung (2) als Kompositschicht aus Tantalnitrid- und / oder Zirconiumnitrid-Partikeln und WolframPartikeln ausgebildet ist.4. High-temperature component (1) according to claim 1 or 3, wherein the coating (2) is formed as a composite layer of tantalum nitride and / or zirconium nitride particles and tungsten particles. 5. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beschichtung (2) aus Zirconiumnitrid und Wolfram mit zwischen 2 gew. % und 75 gew. % Zirconiumnitrid gebildet ist.5. High-temperature component (1) according to one of claims 1 to 4, wherein the coating (2) made of zirconium nitride and tungsten with between 2 wt. % and 75 wt. % Zirconium nitride is formed. 6. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Beschichtung (2) porös ausgebildet ist.6. High-temperature component (1) according to one of the preceding claims, wherein the coating (2) is porous. 7. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Beschichtung (2) deckseitig auf der Hochtemperaturkomponente (1) ausgebildet ist.7. High-temperature component (1) according to one of the preceding claims, wherein the coating (2) is formed on the top side of the high-temperature component (1). 8. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Hochtemperaturkomponente (1) als Elektrode (3, 4) einer Hochdruckentladungslampe (5) ausgebildet ist.8. High-temperature component (1) according to one of the preceding claims, wherein the high-temperature component (1) is designed as an electrode (3, 4) of a high-pressure discharge lamp (5). 9. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hochtemperaturkomponente (1) als Heizleiter (6) ausgebildet ist.9. High-temperature component (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the high-temperature component (1) is designed as a heating conductor (6). 10. Hochtemperaturkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hochtemperaturkomponente (1) als Tiegel (7) ausgebildet ist.10. High-temperature component (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the high-temperature component (1) is designed as a crucible (7). 11. Verfahren zur Herstellung einer Hochtemperaturkomponente (1) mit einer Beschichtung (2) zu Erhöhung eines Emissionsgrades, umfassend die Schritte:11. A method for producing a high-temperature component (1) with a coating (2) to increase an emissivity, comprising the steps: - Bereitstellen eines Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente (1), i) o Vergrößern einer Oberfläche des Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente (1), o Beschichten des Grundkörpers mit ZrN und / oder TaN sowie gegebenenfalls Wolfram über physikalische Gasphasenabscheidung oder- Providing a base body of the high-temperature component (1), i) o enlarging a surface of the base body of the high-temperature component (1), o coating the base body with ZrN and / or TaN and optionally tungsten via physical vapor deposition or ü) o Beschichten des Grundkörpers mit Zr-haltigem und / oder Ta-haltigem Pulver sowie gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren, o Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoffhaltigen Atmosphäre oder iii) o Beschichten des Grundkörpers mit ZrN und / oder TaN sowie gegebenenfalls Wolfram über ein pulvermetallurgisches Verfahren, o Wärmebehandlung des beschichteten Grundkörpers in einer Stickstoffhaltigen und / oder Argon-haltigen Atmosphäreü) o coating the base body with Zr-containing and / or Ta-containing powder and optionally tungsten via a powder metallurgical process, o heat treatment of the coated base body in a nitrogen-containing atmosphere or iii) o coating the base body with ZrN and / or TaN and optionally tungsten via a powder metallurgical process, o heat treatment of the coated base body in a nitrogen-containing and / or argon-containing atmosphere 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vergrößern der Oberfläche des Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente (1) im Unterschritt i) über eine Slurry-Beschichtung des Grundkörpers erfolgt.12. The method according to claim 11, wherein the enlargement of the surface of the base body of the high-temperature component (1) in sub-step i) takes place via a slurry coating of the base body. 13/1913/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian PatentamtPatent Office 13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vergrößern der Oberfläche des Grundkörpers der Hochtemperaturkomponente (1) im Unterschritt i) über eine mechanische, chemische oder thermische Strukturierung des Grundkörpers erfolgt.13. The method according to claim 11, wherein the enlargement of the surface of the base body of the high-temperature component (1) in sub-step i) takes place via a mechanical, chemical or thermal structuring of the base body. 14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei im Unterschritt ii) oder Unterschritt iii) die Beschichtung des Grundkörpers über ein Slurry-Verfahren erfolgt.14. The method according to claim 11, wherein in sub-step ii) or sub-step iii) the coating of the base body is carried out using a slurry process. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 14, wobei die Wärmebehandlung in den Unterschritten ii) oder iii) bei Temperaturen über 1400°C erfolgt.15. The method according to any one of claims 11 or 14, wherein the heat treatment in substeps ii) or iii) is carried out at temperatures above 1400 ° C. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen5 sheets of drawings 14/1914/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichisches patentamtAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian patent office 15/1915/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian PatentamtPatent Office 16/1916/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichisches patentamtAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian patent office 17/1917/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian PatentamtPatent Office 18/1918/19 AT15 991 U1 2018-10-15 österreichischesAT15 991 U1 2018-10-15 Austrian PatentamtPatent Office W/ZrN/TaNW / ZrN / TaN 19/1919/19
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220054888A (en) * 2020-04-30 2022-05-03 유멕스 인크. Electrode for short arc discharge lamp and method for producing same
AT17391U1 (en) 2020-07-31 2022-03-15 Plansee Se high temperature component

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1696630A1 (en) * 1967-02-23 1971-11-04 Westinghouse Electric Corp Process for the production of an electrode with an electron-emitting coating which is used for use in a suitable electrical discharge arrangement
WO2000008672A1 (en) * 1998-08-06 2000-02-17 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Long-life electrode for high pressure discharge lamp
US20010033950A1 (en) * 1996-03-29 2001-10-25 Billings Garth W. Refractory crucibles and molds for containing reactive molten metals and salts
DE60001741T2 (en) * 1999-04-16 2003-11-13 Moltech Invent Sa PROTECTIVE COATING FOR COMPONENTS ATTACHED BY EROSION WHILE REFRIGERATING MOLTEN METALS
WO2008017156A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Cardarelli Francois Composite metallic materials, uses thereof and process for making same
US20140041589A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Veeco Instruments Inc. Heating element for a planar heater of a mocvd reactor

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2895849A (en) * 1950-04-12 1959-07-21 Morris L Perlman Method of preparing coated refractory ware
DE1182743B (en) 1961-11-10 1964-12-03 Patra Patent Treuhand Anode for a high pressure discharge lamp, in particular for a noble gas high pressure discharge lamp
JPS5337287B1 (en) * 1968-09-04 1978-10-07
JPS6019097B2 (en) * 1977-09-30 1985-05-14 電気化学工業株式会社 Manufacturing method of thermionic emissive material
GB2124023B (en) * 1982-07-16 1985-08-29 Nii Ex I Avtomobil Elektroobor Method of manufacturing incandescent lamps
JPH03505756A (en) * 1989-04-06 1991-12-12 インスティテュト ストルクトゥルノイ マクロキネティキ アカデミイ ナウク エスエスエスエル Method of depositing a fire-resistant inorganic coating on the surface of a manufactured product
US5148080A (en) * 1990-01-16 1992-09-15 Hilux Development Incandescent lamp filament incorporating hafnium
EP0704880A3 (en) 1994-09-28 1998-09-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. High-pressure discharge lamp, method for manufacturing a discharge tube body for high-pressure discharge lamps and method for manufacturing a hollow tube body
JPH09231946A (en) * 1996-02-23 1997-09-05 Ushio Inc Short arc electric discharge lamp
US6025579A (en) * 1996-12-27 2000-02-15 Jidosha Kiki Co., Ltd. Ceramic heater and method of manufacturing the same
US20030224220A1 (en) 1999-04-16 2003-12-04 Nguyen Thinh T. Dense refractory material for use at high temperatures
US6835947B2 (en) * 2002-01-31 2004-12-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Emitter and method of making
EP1376239A3 (en) 2002-06-25 2005-06-29 Nikon Corporation Cooling device for an optical element
JP2004029314A (en) 2002-06-25 2004-01-29 Nikon Corp Device for cooling optical element, method of cooling optical element and exposure device
US7903786B2 (en) * 2008-08-25 2011-03-08 General Electric Company Apparatus for increasing radiative heat transfer in an X-ray tube and method of making same
US8652638B2 (en) * 2009-03-03 2014-02-18 Diamond Innovations, Inc. Thick thermal barrier coating for superabrasive tool
JP2013521134A (en) 2009-03-03 2013-06-10 ダイヤモンド イノベイションズ インコーポレーテッド Thick thermal barrier coating for superabrasive tools
DE202009013860U1 (en) * 2009-10-13 2010-11-25 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung halogen bulb
CN201817573U (en) * 2010-07-13 2011-05-04 王敬 Warmth-keeping cylinder for single-crystal furnace and single-crystal furnace therewith
US9177754B2 (en) * 2013-02-09 2015-11-03 Varian Medical Systems, Inc. X-ray tube cooling by emissive heat transfer
JP6165495B2 (en) * 2013-04-24 2017-07-19 スタンレー電気株式会社 Filament manufacturing method
CN105695919B (en) * 2014-11-28 2018-10-30 安泰科技股份有限公司 A kind of processing method improving refractory metal article emissivity
CN104611618A (en) * 2015-01-03 2015-05-13 北京工业大学 High temperature-resistant tungsten alloy material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1696630A1 (en) * 1967-02-23 1971-11-04 Westinghouse Electric Corp Process for the production of an electrode with an electron-emitting coating which is used for use in a suitable electrical discharge arrangement
US20010033950A1 (en) * 1996-03-29 2001-10-25 Billings Garth W. Refractory crucibles and molds for containing reactive molten metals and salts
WO2000008672A1 (en) * 1998-08-06 2000-02-17 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Long-life electrode for high pressure discharge lamp
DE60001741T2 (en) * 1999-04-16 2003-11-13 Moltech Invent Sa PROTECTIVE COATING FOR COMPONENTS ATTACHED BY EROSION WHILE REFRIGERATING MOLTEN METALS
WO2008017156A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Cardarelli Francois Composite metallic materials, uses thereof and process for making same
US20140041589A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Veeco Instruments Inc. Heating element for a planar heater of a mocvd reactor

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